Was ist eigentlich Vulkanismus?
Im Grunde lässt sich diese Frage ganz einfach beantworten: Eine Hitzequelle und etwas, das durch diese schmelzen kann – das ist Vulkanismus!
Wie für viele Dinge und Erscheinungen, gibt es auch hierfür eine Definition, die vielleicht etwas sperrig erscheint: Vulkanismus ist ein oberflächiger Ausdruck von interner Hitze auf Planeten oder Monden, wodurch feste, flüssige oder gasförmige Produkte sich über die Oberfläche verteilen (Francis & Oppenheimer, 2004).
Diese Definition erlaubt es uns, vulkanische Phänomene im gesamten Sonnensystem zu berücksichtigen: Silikatische Schmelzen auf der Erde, Schwefellava auf dem Jupitermond Io, „Lavaströme” aus Wasser auf dem Saturneismond Enceladus oder Fontänen aus Stickstoff auf dem Neptunmond Triton.
Ein Vulkan ist demnach eine Stelle, an der Material aus dem Inneren eines Planeten die Oberfläche erreicht.
Literatur
- Francis P. & Oppenheimer, C. (2004). Volcanoes. Oxford University Press. New York.
Phasen des Vulkanismus im Vogelsberg
Der vereinfachte Zeitstrahl zeigt u.a. die ungefähre Dauer der vulkanischen Phasen an. Vor dem Vulkanismus war das Gebiet des heutigen Vogelsbergs eine flache Landschaft, die durch Flüsse und Seen gekennzeichnet war (linkes Bild).
Heute zeigt sich der Vogelsberg als sanfte Mittelgebirgslandschaft (rechtes Bild).
Im oberen Bereich zeigt die Farbkodierung die Entwicklung des Klimas an: Rot= tropisch bis subtropisches Klima, Grün = gemäßigtes Klima.
Der blaue Keil gibt Auskunft über die Veränderung der relativen Niederschlagsmenge (stark vereinfacht): Links = feuchtes Klima mit hohen relativen Niederschlagsmengen, Rechts: gemäßigtes Klima mit geringeren Niederschlagsmengen.
Erste vulkanische Phase
Zu Beginn des Vulkanismus – vor etwa 18 Millionen Jahren – entstand zunächst eine Landschaft mit einer Vielzahl einzelner Vulkane, die sich erst im Laufe der Zeit zu einem geschlossen Vulkanfeld entwickelte.
Der Vulkanismus im Vogelsberg begann mit einer ersten Phase (bimodale Hauptphase). Beim Aufstieg der Schmelze verweilte diese zunächst unterschiedlich lange in Magmakammern innerhalb der Erdkruste. Hierdurch wurden die ursprünglichen Schmelzen verändert (differenziert).
Dieser Prozess kann vereinfacht mit einer Schneekugel verglichen werden: Durch das Schütteln der Kugel, verteilen sich die kleinen Flocken relativ gleichmäßig. Wird diese jedoch nicht mehr bewegt, fallen die Flocken zu Boden, da diese schwerer sind, als die umgebende Flüssigkeit.
Ähnliche Veränderungen finden auch in einer Magmakammer statt: Die Schmelze mischt sich mit Umgebungsgestein, schwerere Komponenten fallen zu Boden und leichtere steigen nach oben. Dies geschah auch während der ersten vulkanischen Phase im Vogelsberg, wodurch viele unterschiedliche Schmelzen entstanden, die hierdurch bedingt verschiedene chemische und physikalische Eigenschaften hatten (Differentiationsreihe: Trachybasaltische und trachyandesitische bis hin zu trachytisch/phonolytischen Schmelzen).
So wurden einerseits sehr dünnflüssige Laven an die Erdoberfläche gefördert, die sich über relativ große Entfernungen über den damaligen Untergrund ergossen. Andere Schmelzen waren dagegen sehr dickflüssig und erzeugten einen teils hoch explosiven Vulkanismus, der heute noch in Form von Block- und Aschenstromablagerungen sichtbar ist.
Ruhephasen und tiefgreifende Erosion
Bereits während der ersten Vulkanischen Phase gab es Zeiten verringerter Aktivität im Vogelsberg, in der die Erosion die Region prägte.
Vor etwa 17 Millionen Jahren beruhigte sich die vulkanische Tätigkeit und die zum Teil hochaufragenden aus Lockermaterial bestehenden Vulkane wurden tiefgreifend erodiert. Es wird vermutet, dass einige dieser Vulkane mehrere 100 bis wahrscheinlich über 1000 Meter hoch waren.
Zu dieser Zeit herrschte im Gebiet des heutigen Vogelsberges ein feuchtes und tropisches bis subtropisches Klima. Hierdurch wurden die Vulkanbauten intensiv verwittert und nahezu vollständig erodiert. Dabei entstanden Roterden, Bauxit und Basalteisenstein, die noch bis in die 70er Jahre des 20. Jahrhunderts abgebaut wurden und einen bedeutenden Industriezeig sowie eine wichtige Einkommensquelle im Vogelsberg schufen. Weitere Informationen zur Rolle des Erzes und des Eisens im Vogelsberg finden Sie auf der Seite unseres Geopark-Partners, dem Kunstturm Mücke.
Roterden bilden sich heute zum Beispiel in den Tropen – im Vogelsberg können dagegen fossile Klimazeugen erkundet werden.
Zweite vulkanische Phase, der „Schokoguss”
Auf diese Eruptionspause folgte eine zweite Phase vulkanischer Aktivität, die vor etwa 15 Millionen Jahren begann. Das dabei geförderte Magma wurde direkt und ohne „Zwischenhalt“ an die Erdoberfläche transportiert. Da dieses Magma nicht verändert (differenziert) wurde, entsprach die chemische Zusammensetzung der des oberen Erdmantels (primitiv).
Beim Aufstieg des Magmas wurden zahlreiche Bruchstücke des olivgrünen Erdmantelgesteins (Peridotitxenolithe) mit nach oben gerissen. Die olivgrünen bis braunen Kristalle stammen aus Tiefen zwischen 60 und 80 Kilometern. Zum Vergleich - das tiefste, je von Menschen abgeteufte Bohrloch erreichte ca. 12 Kilometer!
Die „Mitbringsel“ aus dem oberen Erdmantel können noch heute an verschiedenen Orten im Vogelsberg einfach vom Boden aufgesammelt werden. Die Magmen (Alkalibasalt und Basanite) durchschlugen die weitestgehend abgetragenen Vulkanbauten der ersten Phase und überzogen diese wie einen „Schokoguss“.
Noch heute prägen diese vulkanischen Ablagerungen das Bild des Vogelsbergs, denn zum Ende der zweiten Aktivitätsphase hatte sich ein eher gemäßigtes und trockeneres Klima vor etwa 16 Millionen Jahren eingestellt, wodurch die Gesteine durch die Kräfte der Verwitterung nicht mehr so stark abgetragen. Die vulkanischen Ablagerungen aus dieser Phase erreichen heute noch eine Mächtigkeit von zum Teil weit über 100 Metern. Nach dem Ende des Vulkanismus im Vogelsberg vor etwa 15 Millionen Jahren entstanden durch flächige Abtragung Verebnungsflächen, die durch Bäche und Flüsse eingeschnitten und unterbrochen wurden.
Vielfältiger Vogelsberg
Neben den oben beschriebenen Phasen des Vulkanismus im Vogelsberg, sind auch seine vielfältigen Ausbruchsarten charakteristisch: Es gab Schlackenkegel, die durch vulkanische Fallprodukten (Pyroklastika) aufgebaut wurden. Daneben erzeugte der Kontakt zwischen Grund- oder Oberflächenwasser und aufsteigendem Magma teils heftige Explosionen, wodurch trichterförmig große Hohlräume in den Untergrund gesprengt wurden. Dabei entstanden pyroklastische Ablagerungen (Tephra) aus vulkanischer Asche, Lapilli und Bomben. Diese Ablagerungen wurden zum Teil verfestigt und können noch heute im Vogelsberg besucht werden. Schlackenkegel sind hierfür typische vulkanische Strukturen.
Nachdem das Magma weitestgehend entgast ist, kann die heiße dünnflüssiger Lava (Pahoehoe) sich über den Untergrund ergießen und basaltische Ablagerungen entstehen. Jüngere überlagern dabei ältere basaltische Zeugen dieses Vorgangs – ähnlich der Schichten in einer Torte.
Der Vogelsberg: Einst über 1000 Meter hoch?
Nach dem Ende der vulkanisch aktiven Phase wurde der Vogelsberg großflächig abgetragen. Die zum Teil einst mächtigen Vulkanbauten wurden eingeebnet und Flüsse zergliederten die Region.
Daneben wurden durch die Kraft der Verwitterung Kuppen erschaffen, welche die Landschaft noch heute prägen. Diese Kuppen entstanden oft durch die Eigenschaft der Gesteine, unterschiedlich stark zu verwittern. Dies begründet sich in der Struktur der Gesteine als auch der Art ihrer Entstehung und der Zusammensetzung.
Letztlich kann über die einstige Höhe der vulkanischen Strukturen im Vogelsberg keine eindeutige Aussage getroffen werden. Nur einige wenige Ablagerungen deuten darauf hin, dass es einst Erhebungen gegeben haben muss, die 1000 Meter und mehr an Höhe gehabt haben müssen. Hinweise dazu fanden sich bei der Auswertung der Bohrung bei Sichenhausen (2007). Dort finden sich Aschenstromablagerungen, die nur entstehen, wenn ein gewisses Höhenrelief vorhanden war. Heute vergleichbare Ablagerungen entstanden, als heißes Material den Hang eines Vulkans hinunter raste und dabei eine Geschwindigkeit von mehreren 100 Stundenkilometern erreichte.
Dies zeigt, dass heute zum Teil mehrere hundert Meter an Höhe dem Vogelsberg fehlen. Die Verwitterung und Abtragung nagte auch schon während des aktiven Vulkanismus an den Erhebungen. Dieser Prozess verstärkte sich allerdings in den vulkanischen Pausen und nach dem Ende des Vulkanismus.
Hinzu kommt, dass sich das gesamte Gebiet bereits vor und auch während des Vulkanismus vor allem im zentralen Bereich absenkte, wodurch weitere Höhe verloren ging.
Eine genaue Aussage über die einstige Höhe lässt sich jedoch nicht treffen.
Poster 1 (HLNUG)
"Auf den Spuren der feurigen Vergangenheit des Vogelsberges –
Glutlawinen-Ablagerungen am Fuß des Hoherodskopfes" (Quelle: Nesbor, H.-D. Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie. Wiesbaden)
Poster 2 (HLNUG)
"Auf den Spuren der feurigen Vergangenheit des Vogelsberges –
Lavafontänen im Krater des ehemaligen Trachyt-Vulkans" (Quelle: Nesbor, H.-D. Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie. Wiesbaden)
Poster 3 (HLNUG)
"Auf den Spuren der feurigen Vergangenheit des Vogelsberges –
Aufstieg eines trachytischen Lavadomes" (Quelle: Nesbor, H.-D. Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie. Wiesbaden)
Eiszeit?
Während der Känozoischen (Erdneuzeit) Eiszeiten war der Vogelsberg von Gletschern nicht bedeckt, sodass diese zur Gestaltung der heutigen Landschaft nicht beigetragen haben. Das unvergletscherte Gebiet wurde jedoch durch die Einwirkung des Frosts geprägt (Periglazial).
Während dieser Zeit entwickelte sich das radialstrahlige Talnetz. Das bedeutet, dass sich von einem gemeinsamen Mittelpunkt die Flüsse und Bäche strahlenförmig nach außen entwickelten. Die jungtertiären Verwitterungsprodukte wurden nahezu vollständig abgetragen, erhalten blieben sie am ehesten am Westrand des Vogelsberges in der Nähe der Wasserscheide Main/Lahn.
Die physikalische Verwitterung war im Quartär wirksam: Diese Form der Verwitterung zersetzt die Gesteine durch äußerlich wirkende physikalische Kräfte, wie z.B. Wasser, Eis, Wind oder Temperaturschwankungen. Das Gestein wurde zerstört, seine gesteinsbildenden Minerale bleiben jedoch erhalten. Durch diese Aufbereitung der Gesteine konnten sich Solifluktionsdecken, Solifluktionsschutt und Blockmeere bilden - diese drei Begriffe bezeichnen Umlagerungsprodukte von Gesteinsmaterial verschiedener Größenordnungen: Wasserdurchtränkte Lockergesteine wurden durch langsames Fließen auf geneigtem Untergrund, vor allem auf Dauerfrostboden, von ihrem ursprünglichen Entstehungsort verlagert. Beispiel für ein solches Blockmeer ist das untere Schwarzbachtal-Felsenmeer - Besucher können es auf dem Geopfad Schwarzbachtal finden.
Besonders in den tiefer gelegenen Gebieten des Unteren Vogelsberges und den umgebenden Senkungszonen, wie der Wetterau, lagerte sich Löß, ein vom Wind transportiertes und abgelagertes Sedimentgestein, ab, das sehr fruchtbare Böden hervorbringt. In Gunstlagen erreicht der Löß Mächtigkeiten von mehr als zehn Meter. Mit dem Übergang zum Holozän vor knapp 12.000 Jahren, der Zeit nach der letzten Vereisungsperiode, also auch der Zeit, in der wir heute leben, bildeten sich die Böden und die heute vorhandene natürliche Vegetation aus.
Ursachen des Vulkanismus
Gewaltige Prozesse leiteten den Beginn des Vulkanismus im Erdzeitalter des Tertiärs in vielen Gebieten Europas ein. Dabei spielt die geologische Vergangenheit des Kontinents ebenso eine Rolle wie die Entstehung der Alpen.
Erdgeschichte Europas
Die Geschichte Europas umfasst etwa 500 Millionen Jahre – eine unvorstellbar lange Zeitspanne! Die wechselvolle Entwicklung hat deutliche Spuren im Kontinent hinterlassen. Europa ist eine Art „Flickenteppich” – gebildet aus verschiedenen Teilen, die zusammengedrückt, auseinandergerissen, gefaltet und mehrfach durch wechselndes Klima sowie die Kraft der Erosion tiefgreifend verändert wurden. Dabei entstanden große Störungen, die den Kontinent in unterschiedlichen Richtungen durchziehen. Solche Störungen stellen schwächere Bereiche in der Europäischen Kruste dar.
Sie können vereinfacht mit Rissen in einem Mauerwerk verglichen werden: Treten Spannungen beispielsweise im Fundament der Mauer auf, verursachen diese Risse, welche sich weiter ausbreiten und somit den Verbund von Steinen und letztlich die gesamte Mauer schwächen.
Übertragen auf den kontinentalen Maßstab bedeutet das, dass Störungen im Zusammenhang mit der Bildung und dem Aufstieg von Magma stehen.
Warum ist der Vogelsberg genau da, wo er ist?
Die Entstehungsursache des Vogelsbergvulkanismus ist nicht endgültig geklärt. Es gibt verschiedene Modelle und Theorien, die in der Fachwelt diskutiert werden.
Wahrscheinlich steht der Vulkanismus im Vogelsberg in engem Zusammenhang mit seiner Position – auf dem Kreuzungspunkt zweier Schwächezonen: Der von Südwest nach Nordost verlaufenden Taunus Südrand Störung und dem Oberrheingraben, der vereinfacht von Süden nach Norden orientiert ist und Teil einer Störung ist, die den Kontinent von Süden nach Norden durchquert.
Die Entstehung der Alpen war eine wesentliche Ursache des Vulkanismus: Durch die Bewegung der Afrikanischen Platte Richtung Europa stoßen diese beiden Kontinentalplatten zusammen, wodurch ein ganzer Gebirgsgürtel gebildet wird. Dieser zieht sich durch weite Teile Europas und Asiens. Die Alpen sind Teil dieses Gürtels. Bei Zusammenstößen von spröden sperrigen Objekten bleiben Brüche und Risse nicht aus – dies gilt auch für die europäische Kruste. Seit Entstehen des Gebirgsgürtels und der Alpen im Besonderen, wurde die europäische Kruste deformiert, wodurch an mehreren Stellen in Europa känozoischer Vulkanismus entstand. Durch die Risse und Brüche in der Europäische Kruste kommt es zur Schmelzbildung und zum Aufstieg an die Oberfläche. Der Vogelsberg ist ein Teil dieses Systems (siehe Karte).
Vulkanismus im Sonnensystem
Ein ganz kleiner Exkurs!
In den vergangenen 30 Jahren haben Raumsonden zahlreiche Hinweise geliefert, dass Vulkanismus ein Phänomen ist, welches im gesamten Sonnensystem vorkommt. Der Nachweis von Basalt auf dem Mond war schon bemerkenswert, jedoch zwang die erstaunliche Entdeckung von permanenten Eruptionen auf dem Jupiter Mond Io die Forscher dazu ihre bisherigen Denkansätze zu hinterfragen: Vulkanismus ist ein Prozess, der auf unterschiedlichen Planeten und Monden im Sonnensystem beobachtet werden kann.
Literatur
- Ehrenberg, K.-H. & Hickethier, H. (1985). Die Basaltbasis im Vogelsberg. Schollenbau und Hinweise zur Entwicklung der vulkanischen Abfolge. Geol. Jb. Hessen (113), 97–135.
- Francis P. & Oppenheimer, C. (2004). Volcanoes. Oxford University Press. New York.
- Leßmann, B., Scharpff, H.-J., Wedel, A., Wiegand, K. (2000). Grundwasser im Vogelsberg. Hessisches Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft und Forsten; Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (Hrsg.). Wiesbaden.
- Leßmann, B., Wiegand, K. und Scharpff, H.-J. (2001). Die Hydrogeologie des vulkanischen Vogelsberges. Geologische Abhandlungen Hessen, Bd. 108, Wiesbaden.
- Nesbor, H.-D. (2014). Der Vogelsberg – Vulkanologische und petrologische Entwicklung eines großen miozänen Intraplatten-Vulkangebietes in Mitteleuropa. In H.-G. Röhling (Hrsg.), GeoFrankfurt 2014 Dynamik des Systems Erde / Earth System Dynamics. Exkursionsführer und Veröffentlichungen der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften. (Vol. 252). S. 22–39. Hannover.
- Reischmann, T. & Schraft, A. (2009). Der Vogelsberg: Geotope im größten Vulkangebiet Mitteleuropas. Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie. Wiesbaden.
- Röhr, C. (2007). Der Oberrheingraben. http://oberrheingraben.de/index.htm. Zugriff: 28.05.2019, 7:59 Uhr MEZ.